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垂直半導(dǎo)體器件及其制造方法

文檔序號(hào):7003716閱讀:129來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:垂直半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
示例性實(shí)施例涉及垂直半導(dǎo)體器件以及制造垂直半導(dǎo)體器件的方法。更具體來(lái)說(shuō),示例性實(shí)施例涉及包括垂直溝道的非易失性存儲(chǔ)器件以及制造這類非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
背景技術(shù)
近來(lái),在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中,提高器件的集成密度或集成度已變得越來(lái)越重要。為此,開發(fā)了在相對(duì)于器件襯底的垂直方向上形成多個(gè)晶體管的方法。根據(jù)這些方法,交替且重復(fù)地堆疊犧牲層和絕緣層。犧牲層和絕緣層會(huì)經(jīng)受應(yīng)力,且因此會(huì)彎曲或破裂或者會(huì)使這些層翹起。結(jié)果是,這些包括垂直堆疊的晶體管的垂直半導(dǎo)體器件會(huì)具有低可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例提供一種具有高可靠性和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的垂直半導(dǎo)體器件。示例性實(shí)施例提供一種制造具有高可靠性和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的垂直半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)一個(gè)方面,發(fā)明構(gòu)思旨在提供一種制造垂直半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)該方法, 在襯底上形成多個(gè)犧牲層和多個(gè)絕緣間層。所述犧牲層可以包含硼(B)和氮(N)并且可以相對(duì)于所述絕緣間層具有蝕刻選擇性。所述多個(gè)犧牲層和所述多個(gè)絕緣間層重復(fù)且交替地堆疊在所述襯底上??梢酝ㄟ^(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層而在所述襯底上形成半導(dǎo)體圖案??梢栽谒霭雽?dǎo)體圖案之間部分地去除犧牲層和絕緣間層,以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上形成犧牲層圖案和絕緣間層圖案??梢匀コ鰻奚鼘訄D案,以在所述絕緣間層圖案之間形成溝槽。所述溝槽可以暴露所述半導(dǎo)體圖案的部分側(cè)壁??梢栽诿總€(gè)所述溝槽中形成柵結(jié)構(gòu)。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層可以包括BN、c_BN、SiBN、SiBCN、含氧的BN和含氧的SiBN中的至少一種。在一些示例性實(shí)施例中,可以在Ar氣氛下、使用BCl3和NH3作為源氣體來(lái)形成所述犧牲層。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層的蝕刻速率可以通過(guò)調(diào)整所述源氣體中BCl3 的流動(dòng)速率來(lái)控制。在一些示例性實(shí)施例中,用于形成所述犧牲層的源氣體還可以包含硅源氣體。在一些示例性實(shí)施例中,用于形成所述犧牲層的源氣體還可以包含碳和/或氧源氣體。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層可以在大約300至大約800°C的溫度處沉積。
在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層可以通過(guò)PECVD工藝、熱CVD工藝和ALD工藝中的至少一種來(lái)形成。在一些示例性實(shí)施例中,所述絕緣間層可以包括硅氧化物、SiOC和SiOF中的至少一種。在一些示例性實(shí)施例中,所述溝槽可以具有小于最大寬度的大約10%的最大寬度和最小寬度之間的差。在一些示例性實(shí)施例中,在形成所述柵結(jié)構(gòu)中,可以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁的暴露部分以及所述絕緣間層圖案的表面上,順次地形成隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層。 可以在所述阻擋層上形成導(dǎo)電層,以填充所述溝槽??梢灾辽俨糠值厝コ鰧?dǎo)電層,以在所述溝槽中形成柵電極。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層圖案可以使用硫酸和/或磷酸來(lái)去除。在一些示例性實(shí)施例中,在形成所述半導(dǎo)體圖案中,可以至少部分地去除所述犧牲層和所述絕緣間層,以通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層形成開口。所述開口可以暴露所述襯底的頂表面??梢栽谒鲆r底的暴露的頂表面上形成半導(dǎo)體層,以填充所述開口??梢酝ㄟ^(guò)平坦化所述半導(dǎo)體層的上部而在所述開口中形成半導(dǎo)體圖案。在一些示例性實(shí)施例中,在形成所述半導(dǎo)體圖案中,可以部分地去除所述犧牲層和所述絕緣間層,以通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層形成開口。所述開口可以暴露所述襯底的頂表面。可以在所述襯底的暴露的頂表面和所述開口的側(cè)壁上形成半導(dǎo)體層。可以在所述半導(dǎo)體層上形成填充層,以填充所述開口。可以通過(guò)平坦化所述填充層和所述半導(dǎo)體層的上部來(lái)形成半導(dǎo)體圖案和填充層圖案。在一些示例性實(shí)施例中,在去除所述犧牲層圖案之后,所述絕緣間層圖案可以具有大于所述絕緣間層的初始厚度的大約95%的厚度。根據(jù)另一方面,發(fā)明構(gòu)思針對(duì)一種垂直半導(dǎo)體器件。在該器件中,半導(dǎo)體圖案可以從襯底的頂表面伸出。多個(gè)絕緣間層圖案可以設(shè)置在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上。所述絕緣間層圖案可以間隔開,以在所述絕緣間層圖案之間限定第一溝槽??梢栽谒龅谝粶喜壑械拿總€(gè)中形成柵結(jié)構(gòu)。所述第一溝槽的最大寬度和最小寬度之間的差可以小于所述第一溝槽的最大寬度的大約10%。在一些示例性實(shí)施例中,所述柵結(jié)構(gòu)可以具有包含金屬的柵電極。在一些示例性實(shí)施例中,在所述柵結(jié)構(gòu)中,在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁和所述絕緣間層圖案的表面上可以順次堆疊隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層。所述柵電極可以填充第二溝槽中的每一個(gè)。在形成所述隧道絕緣層、所述電荷俘獲層和所述阻擋層之后,由所述第一溝槽的剩余部分來(lái)限定所述第二溝槽。在一些示例性實(shí)施例中,所述第二溝槽的最大寬度和最小寬度之間的差可以小于所述第二溝槽的最大寬度的大約50%。在一些示例性實(shí)施例中,所述絕緣層圖案包括硅氧化物、SiOC和SiOF中的至少一種。根據(jù)另一方面,發(fā)明構(gòu)思針對(duì)一種制造垂直半導(dǎo)體器件的方法,所述方法包括在襯底上交替地堆疊多個(gè)犧牲層和多個(gè)絕緣間層,所述多個(gè)犧牲層包含硼(B)和氮(N)并相對(duì)于所述絕緣間層具有蝕刻選擇性,所述多個(gè)絕緣間層利用BCl3和NH3中的至少一種作為
5源氣體來(lái)形成;在所述襯底上形成半導(dǎo)體圖案,所述半導(dǎo)體圖案通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層來(lái)形成;至少部分地去除所述半導(dǎo)體圖案之間的犧牲層和絕緣間層,以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上形成犧牲層圖案和絕緣間層圖案;去除所述多個(gè)犧牲層圖案,以在所述絕緣間層圖案之間形成相應(yīng)的多個(gè)溝槽,所述多個(gè)溝槽暴露所述半導(dǎo)體圖案的部分側(cè)壁;以及在所述多個(gè)溝槽中分別形成多個(gè)柵結(jié)構(gòu)。形成所述多個(gè)柵結(jié)構(gòu)包括在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁的暴露部分以及所述絕緣間層圖案的表面上,順次地形成隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層;在所述阻擋層上形成導(dǎo)電層,以填充所述溝槽;以及至少部分地去除所述導(dǎo)電層,以在所述溝槽中形成柵電極。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層被形成在包括Ar的氣氛中。在一些示例性實(shí)施例中,所述犧牲層包括BN、c-BN、SiBN、SiBCN、含氧的BN和含氧的SiBN中的至少一種。在一些示例性實(shí)施例中,所述方法進(jìn)一步包括調(diào)整所述源氣體中BC13的流動(dòng)速率,以控制所述多個(gè)犧牲層的蝕刻速率。在一些示例性實(shí)施例中,使用PECVD工藝、熱CVD工藝和ALD工藝中的至少一種來(lái)形成所述多個(gè)犧牲層。根據(jù)示例性實(shí)施例,在制造垂直半導(dǎo)體器件中,可以使用低應(yīng)力或者由于熱處理而引起的應(yīng)力變化小的一種材料或多種材料來(lái)形成犧牲層和絕緣間層。因而,會(huì)在應(yīng)力中出現(xiàn)的、層中的諸如翹起、破裂或彎曲的缺陷被防止,從而提高了器件的電學(xué)特性。另外,由于犧牲層和絕緣間層之間的蝕刻選擇性非常高,所以絕緣間層圖案可以具有改善的表面輪廓。因此,可以減少在絕緣間層圖案之間的溝槽中形成控制柵電極所需要的金屬的量,從而也可以減小整個(gè)工藝成本。


從對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選實(shí)施例的更加具體的描述,本發(fā)明構(gòu)思的前述以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的,如附圖中所示,其中,在所有不同的視圖中,相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。這些圖未必按照比例,而是側(cè)重于示出發(fā)明構(gòu)思的原理。圖中,為了清楚起見, 可以夸大層和區(qū)域的厚度。圖1是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性電路圖。圖2是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖3A是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖2的垂直半導(dǎo)體器件的示意性立體圖。圖;3B是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖2的垂直半導(dǎo)體器件的部分A的示意性立體圖。圖4是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的絕緣間層圖案的部分放大的示意性橫截面圖。圖5A至51是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造圖1至3的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。圖6A和圖6B是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的絕緣間層圖案和第二溝槽的部分放大的示意性橫截面圖。
圖7是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖8是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造圖7的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。圖9是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖IOA是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖9的垂直半導(dǎo)體器件的示意性立體圖。圖IOB是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖9的垂直半導(dǎo)體器件的一部分的示意性立體圖。圖IlA至IlG是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性立體圖。圖12是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖13A至13E是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造圖12的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。圖14是示出層的蝕刻速率與蝕刻溶液的關(guān)系的曲線圖。圖15是示出SiBN層的蝕刻速率的曲線圖。圖16包含示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的、包括根據(jù)示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的存儲(chǔ)器卡的示意性框圖。圖17包含示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的、包括垂直半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)的示意性框圖。圖18包含示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的、包括垂直半導(dǎo)體器件的便攜式器件的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式以下,將參照附圖來(lái)更加全面地描述各種示例性實(shí)施例,附圖中示出一些示例性實(shí)施例。然而,本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施,并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所描述的示例性實(shí)施例。相反,提供這些示例性實(shí)施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整,并且將這些示例性實(shí)施例的構(gòu)思完全傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。圖中,為了清楚起見, 會(huì)夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)元件或?qū)颖环Q作“在另一元件或?qū)由稀?、“連接至”或“耦合至”另一元件或?qū)訒r(shí),該元件可以直接在另一元件或?qū)由?、直接連接或耦合至另一元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诓迦朐?。與此不同,當(dāng)元件被稱作“直接在另一元件或?qū)由稀?、“直接連接至”或 “直接耦合至”另一元件或?qū)訒r(shí),不存在插入元件。相同的附圖標(biāo)記自始至終表示相同的元件。如在這里所使用的,術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。應(yīng)當(dāng)理解的是,盡管在這里可以使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等來(lái)描述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分,但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅是用于區(qū)分一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)元件、組件、區(qū)域、 層或部分。因此,在不脫離根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的教導(dǎo)的情況下,以下描述的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分也可以被稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。
為了便于描述,在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ),如“在……之下”、“在……下方”、 “下面的”、“在……上方”、“上面的”等,用來(lái)描述如在圖中所示的一個(gè)元件或特征與其他元件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是,空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了器件在圖中所描繪的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附圖中的器件被倒置,則被描述為 “在其他元件或特征下方”或“在其他元件或特征之下”的元件之后將被定位為“在其他元件或特征上方”。因而,示例性術(shù)語(yǔ)“在……下方”可以包括“在……上方”和“在……下方” 兩種方位。該器件也可以以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位),并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述符做出相應(yīng)解釋。這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施例,而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例。如在這里所使用的,除非上下文另外明確指出,否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和 “該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí),其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件,但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。在此,參照作為理想的示例性實(shí)施例的示意性說(shuō)明(和中間結(jié)構(gòu))的示意性橫截面圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例。這樣,預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或容差引起的示出的形狀的變化。因此,示例性實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為僅限于在此示出的區(qū)域的具體形狀,而是還可以包含例如由制造所導(dǎo)致的形狀偏差。例如,示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣可以具有圓形的或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度變化,而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣,通過(guò)注入形成的掩埋區(qū)會(huì)導(dǎo)致在該掩埋區(qū)與通過(guò)其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中也會(huì)導(dǎo)致一些注入。因此,圖中所示出的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是示意性的,并且它們的形狀并非意圖示出器件中的區(qū)域的實(shí)際形狀,而且也并非意圖限制根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。除非另有限定,否則這里所使用的全部術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))都具有與本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的意思相同的意思。還將理解的是,除非這里明確限定,否則諸如在通用字典中所限定的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的語(yǔ)境中的意思相一致的意思,而不以理想的或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋它們。以下,將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述示例性實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性電路圖。參照?qǐng)D1,根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的垂直半導(dǎo)體器件10可以包括多個(gè)串。每個(gè)串可以具有在相對(duì)于襯底的垂直方向上堆疊的多個(gè)存儲(chǔ)器單元。這些串中的每一個(gè)可以包括串聯(lián)連接的單元晶體管和選擇晶體管。在一些示例性實(shí)施例中,單元晶體管中的每一個(gè)可以包括隧道絕緣層圖案、電荷俘獲層圖案、電介質(zhì)層圖案和控制柵電極。單元晶體管的控制柵電極可以用作字線W/L,如圖1所示,例如,字線W/L0至W/L3。單元晶體管可以在垂直方向上彼此串聯(lián)連接。在一些示例性實(shí)施例中,在每個(gè)串的兩個(gè)端部處可以形成接地選擇晶體管(GST)和串選擇晶體管 (SST)。GST的控制柵電極可以用作接地選擇線(GSL)。SST的控制柵電極可以用作串選擇線(SSL)。在一些示例性實(shí)施例中,每個(gè)串可以包括串聯(lián)連接的多個(gè)GST和多個(gè)SST。另外, 在一些示例性實(shí)施例中,可以形成公共源線(CSL),以連接至GST。在一些示例性實(shí)施例中, 位于堆疊的垂直結(jié)構(gòu)的相同層面中的字線可以彼此電連接。
在一些示例性實(shí)施例中,圖1所示的電路可以如圖2、3A和;3B所示來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2 是示出根據(jù)一些示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖3A是示出圖2的垂直半導(dǎo)體器件的示意性立體圖。圖3B是示出圖3A的垂直半導(dǎo)體器件的部分A的示意性立體圖。應(yīng)該注意的是,以下,在所有圖中,第一方向可以指字線延伸的方向,且第二方向可以指位線延伸的方向。第三方向可以指相對(duì)于襯底的頂表面垂直的方向。在根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些特定示例性實(shí)施例中,串可以包括GST、SST以及GST和SST 之間的兩個(gè)單元晶體管。在圖1所示的特定示例性實(shí)施例中,每一個(gè)串包括一個(gè)GST、一個(gè) SST以及GST和SST之間的四個(gè)單元晶體管。然而,所述串也可以包括不同數(shù)量的GST、SST 和/或單元晶體管。參照?qǐng)D2、圖3A和圖:3B,可以在襯底100上設(shè)置半導(dǎo)體圖案112。在一些示例性實(shí)施例中,半導(dǎo)體圖案112可以包括或者由例如單晶硅或多晶硅制成。在本示例性實(shí)施例中, 半導(dǎo)體圖案112可以包括多晶硅。如圖2和圖3B所示,半導(dǎo)體圖案112可以具有空心圓柱形狀或杯子形狀,且半導(dǎo)體圖案112的底部與襯底100的頂表面和第三方向上的側(cè)壁接觸。半導(dǎo)體圖案112的側(cè)壁可以用作溝道區(qū)。在此情況下,可以減小用作溝道區(qū)的半導(dǎo)體圖案112的側(cè)壁的厚度,使得可以增大包括溝道區(qū)的晶體管的操作速度。在一些示例性實(shí)施例中,半導(dǎo)體圖案112可以摻雜有例如P型雜質(zhì)。可以形成填充層圖案114,以填充由半導(dǎo)體圖案112的底部和側(cè)壁限定的內(nèi)部空間。在一些示例性實(shí)施例中,串可以包括形成在半導(dǎo)體圖案112的側(cè)壁上的多個(gè)單元晶體管。在一些示例性實(shí)施例中,單元晶體管可以在第三方向上彼此串聯(lián)連接。在一些示例性實(shí)施例中,可以在串的相對(duì)的端部處設(shè)置GST和SST。在一些特定示例性實(shí)施例中,如圖所示,最下面的晶體管可以用作GST Tl并且最上面的晶體管可以用作SST T2。在具體的示出實(shí)施例中,示出兩個(gè)單元晶體管被串聯(lián)連接在GST Tl和SST T2之間。在示例性實(shí)施例中,除了包括隧道絕緣層124、電荷俘獲層1 和阻擋層1 的多層結(jié)構(gòu)可以用作柵絕緣層并且控制柵電極13 和132d可以用作柵電極以外,GST Tl和SST T2可以具有與單元晶體管的結(jié)構(gòu)基本上相同或相似的結(jié)構(gòu)??梢栽趩卧w管的單元柵結(jié)構(gòu)之間在第三方向上設(shè)置絕緣間層圖案105a、 105b、105c和105d,以使單元柵結(jié)構(gòu)彼此絕緣。絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d可以在第一方向上延伸,以至少部分地圍繞半導(dǎo)體圖案112的側(cè)壁。具體而言,在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d可以接觸半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁。絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d可以被設(shè)置成在垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的每個(gè)層面中互相平行,并且從半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁伸出或延伸。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d可以具有在第一方向上延伸的線性形狀。另外,絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d可以在第三方向上彼此間隔開。結(jié)果是,可以在絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d之間形成暴露半導(dǎo)體圖案112的側(cè)壁的溝槽,并且可以在溝槽中分別形成柵結(jié)構(gòu)。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的外邊緣可以具有幾乎直角。即是說(shuō),絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d在使絕緣間層圖案105a、105b、 105c和105d的頂表面或底表面與外側(cè)壁彼此相遇的其外邊緣處可以具有彎曲區(qū)域;但是,彎曲區(qū)域的長(zhǎng)度可以非常短。因此,絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的頂表面和底表面可以具有平坦區(qū)域,并且這些平坦區(qū)域的尺寸不會(huì)由于彎曲區(qū)域而明顯減小。圖4是示出絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d的部分放大的示意性橫截面圖。參照?qǐng)D4,可以由相鄰的絕緣間層圖案10 和10 之間的空間來(lái)限定第一溝槽122。 第一溝槽122的第一寬度Dl由絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d的一個(gè)彎曲區(qū)域B的最上面部分和與其相鄰的另一彎曲區(qū)域B的最下面部分之間的距離來(lái)限定。第一溝槽122 的第一寬度Dl可以大于第一溝槽122的第二寬度D2,所述第二寬度D2可以由絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d的相鄰平坦區(qū)域之間的距離來(lái)限定。然而,如上所指出的,彎曲區(qū)域B可以具有非常短的長(zhǎng)度,即是說(shuō),絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d的外邊緣可以具有幾乎直角。結(jié)果是,第一溝槽122不論哪個(gè)位置都可以具有相對(duì)均勻的寬度。在特定示例性實(shí)施例中,第一寬度Dl和第二寬度D2之間的差可以小于第一寬度Dl的大約10%。再次參照?qǐng)D2至圖:3B,可以在由第一溝槽122所暴露的半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁上形成隧道絕緣層124。隧道絕緣層IM可以形成在半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁以及絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的表面上。在一些示例性實(shí)施例中,如圖所示,隧道絕緣層1 可以貫穿垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的所有層面而被連續(xù)地形成在半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁以及絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的表面上??商孢x地,在一些示例性實(shí)施例中, 可以形成根據(jù)垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的層面而彼此分離的多個(gè)隧道絕緣層124。在一些示例性實(shí)施例中,可以在隧道絕緣層IM上形成電荷俘獲層126。在一些示例性實(shí)施例中,電荷俘獲層1 可以包括例如其中可以俘獲電子的硅氮化物或金屬氧化物。如同隧道絕緣層IM—樣,電荷俘獲層1 可以貫穿所有層面而被連續(xù)地形成,或者可以根據(jù)層面而彼此分離??梢栽陔姾煞@層1 上形成阻擋層128。在一些示例性實(shí)施例中,阻擋層1 可以包括例如硅氧化物或金屬氧化物。金屬氧化物可以包括例如鋁氧化物。再次參照?qǐng)D4,可以由位于相鄰層面的阻擋層128的頂部和底部部分以及所述頂部和底部部分之間的阻擋層128的垂直部分來(lái)限定第二溝槽12加。在一些示例性實(shí)施例中,第二溝槽12 可以具有比第一溝槽122的寬度窄的寬度。第三寬度D3由阻擋層1 的一個(gè)彎曲區(qū)域B的最上面部分和與該最上面部分相鄰的另一彎曲區(qū)域B的最下面部分之間的距離來(lái)限定。第四寬度D4由阻擋層128的相鄰的平坦區(qū)域之間的距離來(lái)限定。在一些特定示例性實(shí)施例中,寬度D3和D4之間的差可以小于第三寬度D3的大約50%。再次參照?qǐng)D2至圖;3B,可以在阻擋層1 上形成控制柵電極132a、132b、132c和 132d,這些控制柵電極13加、132b、132c和132d可以根據(jù)垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的層面而彼此分離。在一些示例性實(shí)施例中,控制柵電極13h、132b、132c和132d可以用作字線W/L。位于垂直結(jié)構(gòu)的相同層面的控制柵電極13加、132b、132c和132d可以通過(guò)插塞而彼此電連接。在一些示例性實(shí)施例中,填充第二溝槽12 的控制柵電極13加、132b、132c和 132d可以具有在第一方向上延伸的線性形狀??刂茤烹姌O13h、132b、132c和132d可以至少部分地圍繞半導(dǎo)體圖案112。在一些示例性實(shí)施例中,不同層面中的控制柵電極可以沒有彼此電連接??刂茤烹姌O13h、132b、132c和132d可以包括例如具有低電阻的金屬。結(jié)果是,控制柵電極13h、132b、132c和132d可以具有減小的厚度,從而使垂直半導(dǎo)體器件可以具有降低的高度。
可以在相鄰的多個(gè)或多層堆疊的結(jié)構(gòu)之間的間隙中設(shè)置第一絕緣層圖案140,其中交替地堆疊控制柵電極132a、132b、132c和132d以及絕緣間層圖案105aU05bU05c和 105d。在一些示例性實(shí)施例中,第一絕緣層圖案140可以在第一方向上延伸。另外,在一些示例性實(shí)施例中,可以在第二方向上設(shè)置多個(gè)第一絕緣圖案140。在一些示例性實(shí)施例中,可以在第一絕緣層圖案140下方的襯底100的上部處形成雜質(zhì)區(qū)136。在一些示例性實(shí)施例中,雜質(zhì)區(qū)136可以用作公共源線(CSL)。例如,在一些示例性實(shí)施例中,雜質(zhì)區(qū)136可以摻雜有η型雜質(zhì)。可以在雜質(zhì)區(qū)136上進(jìn)一步形成金屬硅化物圖案138。可以在半導(dǎo)體圖案112、填充層圖案114、第一絕緣層圖案140和絕緣間層圖案 105d上形成上絕緣間層142??梢孕纬赏ㄟ^(guò)上絕緣間層142的位線接觸144,以電連接至半導(dǎo)體圖案112??梢栽谏辖^緣間層142上形成位線B/L 146,以與位線接觸146接觸。在一些示例性實(shí)施例中,位線143可以具有在第二方向上延伸的線性形狀。圖5A至51是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的、制造圖2的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。參照?qǐng)D5A,根據(jù)一些示例性實(shí)施例,可以在襯底100上形成襯墊絕緣層102。襯墊絕緣層102可以通過(guò)例如熱氧化工藝來(lái)形成。襯墊絕緣層102可以減小應(yīng)力,該應(yīng)力是在直接在襯底100上形成犧牲層104的情況下可能產(chǎn)生的??梢栽诖怪庇谝r底100的頂表面的方向上、在襯墊絕緣層102上重復(fù)且交替地形成犧牲層104和絕緣間層106。即是說(shuō),可以在襯墊絕緣層102上形成第一犧牲層104a,并且可以在第一犧牲層10 上形成第一絕緣間層106a。同樣地,可以順次地且交替地在彼此上形成其他犧牲層104b、l(Mc和104d以及絕緣間層106b、106c和106d。在一些示例性實(shí)施例中,犧牲層104和絕緣間層106可以通過(guò)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝來(lái)形成。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用可以相對(duì)于絕緣間層106具有蝕刻選擇性的材料來(lái)形成犧牲層104。在一個(gè)示例性實(shí)施例中,絕緣間層106和犧牲層104之間的蝕刻選擇性可以等于或大于大約1 80。在一些示例性實(shí)施例中,犧牲層104也可以相對(duì)于半導(dǎo)體圖案112具有蝕刻選擇性。即是說(shuō),犧牲層104可以使用可以對(duì)多晶硅具有蝕刻選擇性的材料來(lái)形成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中,多晶硅和犧牲層104之間的蝕刻選擇性可以等于或大于大約1 80。犧牲層104可以通過(guò)濕法蝕刻工藝來(lái)快速被去除,使得可以使絕緣間層106在非常短的時(shí)間段期間暴露于濕法蝕刻溶液。結(jié)果是,在通過(guò)濕法蝕刻工藝去除犧牲層104時(shí)可以防止絕緣間層106被濕法蝕刻溶液損傷。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用例如硅氧化物(SiO2)來(lái)形成絕緣間層106。在其他示例性實(shí)施例中,可以使用例如SiOC或SiOF來(lái)形成絕緣間層106。結(jié)果是,絕緣間層 106可以摻雜有例如碳或氟的雜質(zhì),從而可以調(diào)整相對(duì)于犧牲層104的蝕刻選擇性。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用可以包含硼(B)和氮(N)的材料來(lái)形成犧牲層 104。例如,可以使用815181(;^(;^81含氧(0)的BN、含氧的SiBN或者其他類似材料來(lái)形成犧牲層104。在特定示例性實(shí)施例中,包括該材料的犧牲層104可以具有相對(duì)于硅氧化物的等于或大于大約80 1的蝕刻選擇性??梢杂米靼雽?dǎo)體制造工藝中的犧牲層的硅氮化物(SiN)層在沉積工藝或隨后對(duì)其執(zhí)行的熱處理期間可以具有高應(yīng)力。據(jù)此,如果使用硅氮化物層作為犧牲層,則在重復(fù)地形成多個(gè)硅氮化物層和多個(gè)絕緣間層時(shí)該犧牲層可以具有增大的應(yīng)力。因此,包括犧牲層和絕緣間層的多層結(jié)構(gòu)可以發(fā)生彎曲或破裂,或者多層結(jié)構(gòu)會(huì)被翹起。因而,根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例,可以使用具有比SiN層的應(yīng)力小的應(yīng)力或比SiN層的由熱處理引起的應(yīng)力變化小的由熱處理而引起的應(yīng)力變化的材料來(lái)形成犧牲層104。在示例性實(shí)施例中,可以使用上述包含硼和氮的材料來(lái)形成犧牲層104,從而在沉積工藝期間具有比SiN層的應(yīng)力低的應(yīng)力和/或具有小的由于熱處理而引起的應(yīng)力變化。 因而,即使可以重復(fù)地沉積犧牲層104和絕緣間層106以形成具有大高度的多層結(jié)構(gòu),也基本上消除結(jié)構(gòu)的彎曲或破裂。另外,消除了多層結(jié)構(gòu)的翹起。此外,犧牲層104的滯后性不會(huì)受到熱應(yīng)力影響。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)例如等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)工藝、熱CVD工藝或原子層沉積(ALD)工藝來(lái)形成犧牲層104。當(dāng)形成BN層作為犧牲層104時(shí),在一些示例性實(shí)施例中,可以在Ar氣氛下使用包含BCl3和NH3的源氣體。當(dāng)形成SiBN層作為犧牲層104時(shí),在一些示例性實(shí)施例中,源氣體例如可以進(jìn)一步包含諸如SiH4、SiH2Cl2, SiCl6等的硅源氣體。這些可以單獨(dú)或者混合使用。當(dāng)形成BCN層作為犧牲層104時(shí),在一些示例性實(shí)施例中,源氣體中可以進(jìn)一步包含碳源氣體,例如,c2H4。當(dāng)形成Si-BCN層作為犧牲層104時(shí),在一些示例性實(shí)施例中,源氣體中可以進(jìn)一步包含硅源氣體和碳源氣體。在一些示例性實(shí)施例中,在用于形成BN層的工藝期間可以進(jìn)一步提供氧氣體, 即,含氧的氣體,例如隊(duì)0。在一些示例性實(shí)施例中,在用于形成SiBN層的工藝期間也可以進(jìn)一步提供諸如 N2O的氧氣體。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)改變其中所包含的硼的含量來(lái)調(diào)整犧牲層104 的透明度、折射率、蝕刻速率以及其他機(jī)械或結(jié)構(gòu)特性。例如,隨著硼的含量增大,折射率會(huì)減小,并且包含硫酸或磷酸的蝕刻溶液的蝕刻速率會(huì)增大。因此,可以通過(guò)調(diào)整源氣體中的 BCl3的流動(dòng)速率來(lái)控制犧牲層104的蝕刻速率。在一些示例性實(shí)施例中,可以在用于從中去除犧牲層106的空間中形成晶體管。
因此,犧牲層106的數(shù)目可以大于或等于包括單元晶體管和選擇晶體管的串的晶體管數(shù)目。參照?qǐng)D5B,可以在最上絕緣間層106d上形成蝕刻掩模??梢允褂梦g刻掩模來(lái)至少部分地去除絕緣間層106、犧牲層104和襯墊絕緣層102,以形成可以暴露襯底100的頂表面的第一開口 110??梢栽诘谝缓偷诙较蛏习匆?guī)則圖案來(lái)形成多個(gè)第一開口 110。在一些示例性實(shí)施例中,第一開口 110可以形成為具有島形狀。參照?qǐng)D5C,可以在第一開口 110的底部和側(cè)壁上形成半導(dǎo)體圖案112。另外,在一些示例性實(shí)施例中,可以在半導(dǎo)體圖案112上形成填充層圖案114,以填充第一開口 110的內(nèi)部空間。
在一些示例性實(shí)施例中,半導(dǎo)體圖案112可以具有空心圓柱形狀或杯子形狀。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用例如單晶硅或多晶硅來(lái)形成半導(dǎo)體圖案112。半導(dǎo)體圖案 112可以用作串的溝道區(qū),所述串可以在第三方向上延伸。在示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 110的底部和側(cè)壁上保形地形成多晶硅層。 可以在多晶硅層上形成填充層,以填充第一開口 110,并且可以對(duì)填充層和多晶硅層執(zhí)行平坦化工藝,以形成半導(dǎo)體圖案112和填充層圖案114。在另一示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 110的底部和側(cè)壁上形成多晶硅層或無(wú)定形硅層,然后可以通過(guò)例如熱處理或激光照射來(lái)改變多晶硅層或無(wú)定形硅的相,以形成單晶硅層??梢詫?duì)單晶硅層執(zhí)行平坦化工藝,以形成半導(dǎo)體圖案112。參照?qǐng)D5D,在一些示例性實(shí)施例中,可以部分地蝕刻半導(dǎo)體圖案112之間的犧牲層104和絕緣間層106,以形成第二開口 120。具體而言,可以在最上面的絕緣間層106d上形成蝕刻掩模,并且可以利用該蝕刻掩模通過(guò)蝕刻工藝而部分地去除絕緣間層106和犧牲層104,以形成第二開口 120。在一些示例性實(shí)施例中,第二開口 120可以形成為在第一方向上延伸。據(jù)此,可以將犧牲層圖案103和絕緣間層圖案105形成為具有在第一方向上延伸的線性形狀。在一些示例性實(shí)施例中,犧牲層圖案103和絕緣間層圖案105可以至少部分地圍繞半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁。參照?qǐng)D5E,可以通過(guò)濕法蝕刻工藝去除被第二開口 120暴露的犧牲層圖案103。在一些示例性實(shí)施例中,當(dāng)犧牲層圖案103可以包含硼或氮時(shí),可以使用例如硫酸或磷酸來(lái)執(zhí)行濕法蝕刻工藝。在一些示例性實(shí)施例中,由于在犧牲層中包含的硼和氮,犧牲層圖案103可以對(duì)于硫酸或磷酸而言具有改善的蝕刻速率。結(jié)果是,即使在非常短的時(shí)段內(nèi),犧牲層圖案103 也可以在暴露于蝕刻溶液期間被快速地去除。因此,可以防止絕緣間層圖案105在濕法蝕刻工藝期間被損傷和/或部分去除??梢杂捎糜趶闹腥コ隣奚鼘訄D案103的空間來(lái)限定第一溝槽122。當(dāng)犧牲層圖案包括SiN時(shí),用于去除犧牲層圖案的濕法蝕刻工藝可以執(zhí)行相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間,并且結(jié)果是,也可以部分地去除絕緣間層圖案105,從而使不接觸半導(dǎo)體圖案112 的絕緣間層圖案105的外邊緣可以具有相對(duì)大的彎曲區(qū)域。然而,可以通過(guò)濕法蝕刻工藝來(lái)非??焖俚厝コ?B)和氮(N)的犧牲層圖案105,并且結(jié)果是,可以只稍微去除或者一點(diǎn)也不去除絕緣間層圖案105的外邊緣。結(jié)果是,彎曲區(qū)域可以相對(duì)小,并且絕緣間層圖案105的外邊緣可以具有幾乎直角。據(jù)此,第一溝槽122不論哪個(gè)位置都可以具有相對(duì)均勻的寬度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中,第一溝槽122 依據(jù)其位置的最大寬度和最小寬度之間的差可以小于最大寬度的大約10%。另外,在去除犧牲層圖案103期間可以僅稍微去除絕緣間層圖案105,從而使絕緣間層圖案105即使在濕法蝕刻工藝之后也可以具有幾乎恒定的厚度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案105可以具有大于絕緣間層106的初始厚度的大約95%的厚度。此外,可以防止被第二開口 120暴露的襯底100在濕法蝕刻工藝期間被損傷。在一些示例性實(shí)施例中,用于去除犧牲層圖案103的濕法蝕刻工藝可以執(zhí)行非常短的時(shí)間, 以便使襯底100可以暴露于蝕刻溶液中非常短的時(shí)間。類似地,也可以防止由第一溝槽122 暴露的半導(dǎo)體圖案112被濕法蝕刻工藝損傷。
參照?qǐng)D5F,可以在由第一溝槽122暴露的半導(dǎo)體圖案112的外側(cè)壁以及絕緣間層圖案105上形成隧道絕緣層124。在一些示例性實(shí)施例中,可以利用例如硅氧化物來(lái)形成隧道絕緣層124。可替選地,可以通過(guò)熱氧化工藝而僅在半導(dǎo)體圖案112的暴露側(cè)壁上形成隧道絕緣層124。在一些示例性實(shí)施例中,可以在隧道絕緣層IM上形成電荷俘獲層126。電荷俘獲層1 可以通過(guò)例如使用例如硅氧化物或硅氮化物的CVD工藝來(lái)形成。在一些示例性實(shí)施例中,可以在隧道氧化物層上連續(xù)地形成電荷俘獲層1 。在一些示例性實(shí)施例中,可以在電荷俘獲層1 上形成阻擋層128。阻擋層1 可以通過(guò)使用例如硅氧化物、諸如鋁氧化物的金屬氧化物或者其他類似的材料的沉積工藝來(lái)形成。在一些示例性實(shí)施例中,可以在電荷俘獲層1 上連續(xù)地形成阻擋層128。以下,可以將由位于相鄰層面的阻擋層128的頂部和底部部分及其之間的部分限定的空間稱為第二溝槽12加。參照?qǐng)D5G,可以在阻擋層1 上形成導(dǎo)電層130,以充分填充第二溝槽122a。在一些示例性實(shí)施例中,可以將導(dǎo)電層130形成為部分地填充第二開口 120,以便能夠通過(guò)后續(xù)工藝容易地去除它。在一些示例性實(shí)施例中,可以利用具有良好的臺(tái)階覆蓋性的導(dǎo)電性材料來(lái)形成導(dǎo)電層130。導(dǎo)電性材料可以包括例如具有低電阻的金屬或金屬氮化物。例如,導(dǎo)電性材料可以包括鎢、鎢氮化物、鈦、鈦氮化物、鉭、鉭氮化物或鉬。在一個(gè)示例性實(shí)施例中,可以形成例如包括鈦、鈦氮化物、鉭或鉭氮化物的勢(shì)壘金屬層,然后在其上形成包括例如鎢的金屬層。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案105的外邊緣處的彎曲區(qū)域可以具有非常小的尺寸。結(jié)果是,第二溝槽12 可以具有最大寬度,該最大寬度可以稍大于在第三方向上的最小寬度。據(jù)此,用于填充第二溝槽12 的導(dǎo)電性材料的量可以得以減少。圖6A和圖6B是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的絕緣間層圖案105和第二溝槽12 的部分放大的示意性橫截面圖。圖6A示出包括大的彎曲區(qū)域的絕緣間層圖案 105。沿第二方向的絕緣間層圖案105的彎曲區(qū)域的厚度用“D1”來(lái)表示。參照?qǐng)D6A,導(dǎo)電層可以在第二溝槽12 的中心處具有尖銳的谷部C,從而可以需要附加的導(dǎo)電性材料來(lái)填充谷部C。據(jù)此,可以增大在阻擋層1 上沉積的導(dǎo)電層130的厚度D2。圖6B示出根據(jù)一些示例性實(shí)施例的包括小的彎曲區(qū)域的絕緣間層圖案105。沿第二方向的絕緣間層圖案105的彎曲區(qū)域的厚度由“D3”來(lái)表示。參照?qǐng)D6B,與圖6A不同,在第二溝槽12 的中心處未形成尖銳的谷部。具體而言,導(dǎo)電層可以形成在絕緣間層圖案10 的底表面和絕緣間層圖案10 的頂表面上,并且不論在哪個(gè)位置都可以彼此均勻地接觸,以填充第二溝槽12 。結(jié)果是,不需要附加的導(dǎo)電性材料來(lái)填充谷部,并且可以減小沉積在阻擋層1 上的導(dǎo)電層130的厚度D4。如果增大導(dǎo)電層130的厚度,則會(huì)增加工藝成本。而且,相對(duì)厚的導(dǎo)電層130可能不容易通過(guò)后續(xù)工藝去除。然而,根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例,絕緣間層圖案105可以具有小的彎曲區(qū)域和小的厚度,從而可以降低工藝成本并減少工藝缺陷。參照?qǐng)D5H,在一些示例性實(shí)施例中,可以去除導(dǎo)電層130的在第二開口 120中形成的部分。結(jié)果是,導(dǎo)電層130可以只保留在第二溝槽12 中,以形成控制柵電極132a、
14132b、132c和132d。在一些示例性實(shí)施例中,也可以通過(guò)例如濕法蝕刻工藝去除隧道絕緣層124、電荷俘獲層1 和阻擋層128的在第二開口 120的底部上形成的部分,以形成第三開口 134。如上所述,在一些示例性實(shí)施例中,導(dǎo)電層130由于其沉積厚度可以不是非常大而可以容易去除??梢栽诘诙喜?1 中將控制柵電極13加、132b、132c和132d形成為彼此間隔開并在第三方向上堆疊。位于堆疊結(jié)構(gòu)的不同層面的控制柵電極13加、132b、132c和132d 可以通過(guò)絕緣間層圖案105a、105b、105c和105d而彼此絕緣??刂茤烹姌O132a、132b、132c 和132d中的每一個(gè)可以具有在第一方向上延伸的線性形狀。在一些示例性實(shí)施例中,導(dǎo)電層130可以通過(guò)干法或濕法蝕刻工藝而被部分地去除。如圖5H所示,根據(jù)一些示例性實(shí)施例,隧道絕緣層124、電荷俘獲層1 和/或阻擋層128的位于絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的外側(cè)壁上的部分可以不被蝕刻。可替選地,根據(jù)一些示例性實(shí)施例,在蝕刻工藝中,可以將阻擋層128、電荷俘獲層 126和/或隧道絕緣層124的位于絕緣間層圖案l(^a、105b、105c和105d的外側(cè)壁上的部分與導(dǎo)電層130—起蝕刻。在此情況下,位于堆疊的垂直結(jié)構(gòu)的不同層面的隧道氧化物層 124、電荷俘獲層1 和/或阻擋層1 可以彼此分離。接下來(lái),可以用例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì)來(lái)?yè)诫s由第三開口 134暴露的襯底100的上部,以形成用作CSL的雜質(zhì)區(qū)136。在一些示例性實(shí)施例中,為了減小CSL的電阻,可以在雜質(zhì)區(qū)136上進(jìn)一步形成金屬硅化物圖案138。通過(guò)執(zhí)行上述步驟和工藝,可以形成根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的晶體管。最上面的晶體管和最下面的晶體管可以分別用作SST和GST。參照?qǐng)D51,在一些示例性實(shí)施例中,可以在襯底100上形成絕緣層,以填充第三開口 134。可以平坦化該絕緣層直至暴露最上面絕緣間層圖案105d,以在第三開口 134中形成第一絕緣層圖案140??梢栽诎雽?dǎo)體圖案112、填充層圖案114、第一絕緣層圖案140和最上面絕緣間層圖案105d的頂表面上形成上絕緣間層142。在一些示例性實(shí)施例中,可以形成通過(guò)上絕緣間層142的位線接觸144,以接觸半導(dǎo)體圖案112的頂表面??梢栽谏辖^緣間層142上形成位線146,以接觸位線接觸144。在一些示例性實(shí)施例中,位線146可以具有在第二方向上延伸的線性形狀,并且可以經(jīng)由位線接觸144而電連接至半導(dǎo)體圖案112。如上所述,根據(jù)示例性實(shí)施例,減少了由于犧牲層104的應(yīng)力而在制造垂直半導(dǎo)體器件的工藝中引起的缺陷。另外,絕緣間層106被形成為具有改善的表面輪廓,從而使垂直半導(dǎo)體器件具有高可靠性。圖7是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖8是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的、制造圖7的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。在一些示例性實(shí)施例中,除了半導(dǎo)體圖案的形狀以外,圖7和圖8中所示的垂直半導(dǎo)體器件可以具有與圖1和圖2中所示的基本上相同的結(jié)構(gòu)。如圖7和圖8所示,在一些示例性實(shí)施例中,半導(dǎo)體圖案113可以在襯底100上具有實(shí)心圓柱形狀,即,柱子形狀。圖7中的垂直半導(dǎo)體器件可以通過(guò)下列步驟和工藝來(lái)制造。
在一些示例性實(shí)施例中,可以在襯底100上交替且順次地形成犧牲層104和絕緣間層106,并且可以通過(guò)與參照?qǐng)D5A和圖5B所描述的步驟和工藝基本上相同的工藝和步驟來(lái)形成第一開口 110。在一些示例性實(shí)施例中,犧牲層104可以包含硼和氮。參照?qǐng)D8,在一些示例性實(shí)施例中,可以形成多晶硅層,以充分地填充第一開口 110。可以通過(guò)平坦化工藝來(lái)去除該多晶硅層的位于最上絕緣間層106d上的部分,以形成具有柱子形狀的半導(dǎo)體圖案113??商孢x地,在一些示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 110中形成多晶硅層或無(wú)定形硅層,并且可以通過(guò)例如熱處理或激光照射進(jìn)行相變而使多晶硅層或無(wú)定形硅層轉(zhuǎn)變成單晶硅層。在平坦化工藝之后,可以形成具有單晶硅結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體圖案113。隨后,可以執(zhí)行與圖5D至51中示出并參照其詳細(xì)描述的步驟和工藝基本上相同的步驟和工藝,以實(shí)現(xiàn)圖7中的垂直半導(dǎo)體器件。圖9是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。圖IOA是示出根據(jù)一些示例性實(shí)施例的圖9的垂直半導(dǎo)體器件的立體圖。圖IOB是示出根據(jù)一些示例性實(shí)施例的圖9的垂直半導(dǎo)體器件的一部分立體圖。如圖9、圖IOA和圖IOB所示,在一些示例性實(shí)施例中,半導(dǎo)體圖案150a可以具有例如條形形狀,例如,長(zhǎng)方體形狀??梢栽诘诙较蛏显谝r底100上重復(fù)地布置彼此面對(duì)的半導(dǎo)體圖案對(duì)150a。在一些示例性實(shí)施例中,在相面對(duì)的半導(dǎo)體圖案150a之間的間隙中, 且具體地,在相面對(duì)的半導(dǎo)體圖案150a的第一側(cè)表面之間的間隙中,可以設(shè)置第一絕緣層圖案15加。可以在包括在第一方向上重復(fù)設(shè)置的半導(dǎo)體圖案150a和第一絕緣層圖案15 的結(jié)構(gòu)之間的間隙中設(shè)置第三絕緣層圖案174(參見圖10B)。第一和第三絕緣層圖案15 和 174可以包括硅氧化物。在一些示例性實(shí)施例中,形成串的晶體管可以形成在半導(dǎo)體圖案150a的與其接觸第一絕緣層圖案15 的第一側(cè)表面相對(duì)的第二側(cè)表面上。一個(gè)半導(dǎo)體圖案150a可以用作晶體管的溝道區(qū)。在一些示例性實(shí)施例中,晶體管可以在第三方向上彼此串聯(lián)連接。絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d可以被設(shè)置在半導(dǎo)體圖案150a的第二側(cè)表面上并且在第三方向上彼此間隔開。絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d可以使控制柵電極164a、164b、164c禾口 164d彼此絕緣。絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d可以形成為從半導(dǎo)體圖案150a的第二側(cè)表面伸出或延伸,并且可以被布置成在垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的每個(gè)層面中彼此平行。絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d可以具有在第一方向上延伸的線性形狀??梢栽诮^緣間層圖案107a、107b、107c和107d之間形成暴露半導(dǎo)體圖案 150a的第二側(cè)表面的溝槽,并且可以分別在這些溝槽中形成柵結(jié)構(gòu)。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d的外邊緣可以具有幾乎直角。即是說(shuō),絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d在使絕緣間層圖案107a、107b、 107c和107d的頂表面或底表面以及外側(cè)壁彼此相遇的其外邊緣處可以具有彎曲區(qū)域。然而,彎曲區(qū)域的尺寸可以非常小。結(jié)果是,絕緣間層圖案10fe、105b、105c和105d的頂表面和底表面可以具有平坦區(qū)域,這些平坦區(qū)域由于彎曲區(qū)域而僅會(huì)稍微減小。另外,在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d可以具有等于或大于絕緣間層的初始厚度的大約95%的厚度。即是說(shuō),可以防止絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d由于后續(xù)工藝而被損傷或去除等于或大于絕緣間層初始厚度的大約 95%。在一些示例性實(shí)施例中,可以在半導(dǎo)體圖案150a的由溝槽暴露的第二側(cè)表面上形成隧道絕緣層158。隧道絕緣層158可以連續(xù)地形成在半導(dǎo)體圖案150a的第二側(cè)表面以及絕緣間層圖案107a、107b、107c和107d的表面上。在一些示例性實(shí)施例中,可以在隧道絕緣層158上形成電荷俘獲層160。在一些示例性實(shí)施例中,電荷俘獲層160可以包括例如其中可以俘獲電子的硅氮化物或金屬氧化物。電荷俘獲層160可以貫穿垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的所有層面而被連續(xù)地形成,或者可以根據(jù)層面而彼此分離。在一些示例性實(shí)施例中,可以在電荷俘獲層160上形成阻擋層162。在一些示例性實(shí)施例中,阻擋層162可以包括例如硅氧化物或金屬氧化物。金屬氧化物可以包括例如鋁氧化物。 可以在阻擋層162上形成控制柵電極164a、164b、16 和164d,以填充溝槽并且在每個(gè)層面中彼此分離。控制柵電極16如、164b、16 和164d可以用作字線。在一些示例性實(shí)施例中,控制柵電極16^、164b、16k和164d可以具有在第一方向上延伸的線性形狀??刂茤烹姌O16^、164b、16k和164d可以面對(duì)半導(dǎo)體圖案150a的第二側(cè)表面延伸。與圖1中示出且參照其詳細(xì)描述的不同,控制柵電極16^、164b、16k和 164d可以沒有被形成為圍繞半導(dǎo)體圖案150a的整個(gè)外表面。在一些示例性實(shí)施例中,控制柵電極16^、164b、16k和164d可以包括例如金屬或金屬氮化物。在一些示例性實(shí)施例中,可以在多堆疊結(jié)構(gòu)之間的間隙中設(shè)置第二絕緣層圖案 166,其中交替地堆疊控制柵電極164a、164b、16 和164d和絕緣間層圖案107a、107b、107c 和107d。在一些示例性實(shí)施例中,第二絕緣層圖案166可以在第一方向上延伸。在一些示例性實(shí)施例中,可以在第二絕緣層圖案166下方的襯底100的上部處形成雜質(zhì)區(qū)168。雜質(zhì)區(qū)168可以用作CSL。例如,雜質(zhì)區(qū)168可以摻雜有η型雜質(zhì)。可以在雜質(zhì)區(qū)168上進(jìn)一步形成金屬硅化物圖案170。在一些示例性實(shí)施例中,可以在半導(dǎo)體圖案150a、第一、第二和第三絕緣層圖案 152aU66和174以及絕緣間層圖案107d上形成上絕緣間層176??梢孕纬赏ㄟ^(guò)上絕緣間層176的位線接觸178,以電連接至半導(dǎo)體圖案150a。可以在上絕緣間層176上形成位線 180,以與位線接觸178接觸??商孢x地,位線180可以與半導(dǎo)體圖案150a直接接觸而無(wú)需形成上絕緣間層176和位線接觸178。圖IlA至IlG是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的制造垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性立體圖。以下,垂直半導(dǎo)體器件將被描述為在一個(gè)串中包括四個(gè)晶體管。將予以理解的是, 這里所包含的詳細(xì)描述適用于一個(gè)串中的任何數(shù)目的晶體管的情形。參照?qǐng)D11A,在一些示例性實(shí)施例中,可以在襯底100上形成襯墊絕緣層102,并且通過(guò)與圖4A中所示并參照其詳細(xì)描述的工藝基本上相同的工藝在襯墊絕緣層102上重復(fù)且交替地形成犧牲層104和絕緣間層106。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用可以包含例如硼(B)和氮(N)的材料來(lái)形成犧牲層104。參照?qǐng)D11A,可以在最上面犧牲層104d上形成蝕刻掩模??梢允褂梦g刻掩模順次地且部分地去除犧牲層104、絕緣間層106和襯墊絕緣層102,以形成第一開口 108。在一些示例性實(shí)施例中,第一開口 108可以具有在第一方向上延伸的線性形狀。參照?qǐng)D11B,可以在第一開口 108的兩個(gè)側(cè)壁上形成初步半導(dǎo)體圖案150。初步第一絕緣層圖案152可以被形成為填充第一開口 108。因而,在一些示例性實(shí)施例中,兩個(gè)初步半導(dǎo)體圖案150可以具有在第一開口 108中在第一方向上延伸的線性形狀。在一些示例性實(shí)施例中,可以使用例如單晶硅或多晶硅來(lái)形成初步半導(dǎo)體圖案150。在一些示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 108的側(cè)壁和底部上保形地形成多晶硅層??梢匀コ诘谝婚_口 108的底部上形成的多晶硅層,以在第一開口 108的側(cè)壁上形成初步半導(dǎo)體圖案150。可以在最上面的絕緣間層106d上形成絕緣層,以填充第一開口 108, 并且可以平坦化該絕緣層直至暴露最上面的絕緣間層106d,以形成第一初步絕緣層圖案 152。在另一示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 108的側(cè)壁和底部上形成多晶硅層或無(wú)定形硅層。各向異性地蝕刻該多晶硅層或無(wú)定形硅層,以僅保留在第一開口 108的側(cè)壁上。 可以通過(guò)例如熱處理或激光照射進(jìn)行相變而使該多晶硅層或無(wú)定形硅層轉(zhuǎn)變成單晶硅層。 通過(guò)上面詳細(xì)描述的步驟和工藝,可以形成第一初步絕緣層圖案152。參照?qǐng)D11C,在一些示例性實(shí)施例中,可以部分地蝕刻第一開口 108之間的犧牲層 104和絕緣間層106,以形成第二開口 154。具體而言,在一些示例性實(shí)施例中,可以在最上面的絕緣間層106d上形成蝕刻掩模??梢酝ㄟ^(guò)使用該掩模的蝕刻工藝順次地且部分地去除絕緣間層106和犧牲層104,以形成第二開口 154。在一些示例性實(shí)施例中,第二開口可以具有在第一方向上延伸的線性形狀。據(jù)此,在一些示例性實(shí)施例中,可以在初步半導(dǎo)體圖案150的外表面上形成犧牲層圖案109和絕緣間層圖案107,以具有在第一方向上延伸的線性形狀。參照?qǐng)D11D,在一些示例性實(shí)施例中,可以去除由第二開口 IM暴露的犧牲層圖案 109,以形成溝槽156??梢酝ㄟ^(guò)例如濕法蝕刻工藝來(lái)去除犧牲層圖案109。在一些示例性實(shí)施例中,用于濕法蝕刻工藝的蝕刻溶液可以包括例如硫酸或磷酸。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)與圖5E中所示并參照其詳細(xì)描述的步驟和工藝基本上相同的步驟和工藝來(lái)去除犧牲層圖案109??梢苑乐菇^緣間層圖案107被損傷或去除,使得絕緣間層圖案107即使在濕法蝕刻工藝之后也可以具有幾乎恒定的厚度。在示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案107可以具有大于絕緣間層106的初始厚度的大約95%的厚度。參照?qǐng)D11E,可以執(zhí)行與圖5F和5G中所示并參照其詳細(xì)描述的步驟和工藝基本上相同的步驟和工藝。具體而言,在一些示例性實(shí)施例中,可以在由溝槽156暴露的初步半導(dǎo)體圖案150和絕緣間層圖案107的外側(cè)壁上順次地形成隧道絕緣層158、電荷俘獲層160 和阻擋層162。在一些示例性實(shí)施例中,可以在阻擋層162上形成導(dǎo)電層,以充分填充溝槽 156??梢匀コ龑?dǎo)電層的在第二開口 154中形成的部分。也可以去除隧道絕緣層158、電荷俘獲層160和阻擋層162的形成在第二開口巧4的底部上的部分,以形成第三開口(未示出),可以通過(guò)第三開口暴露襯底100。可以通過(guò)濕法蝕刻工藝來(lái)去除在第二開口巧4中形成的導(dǎo)電層、隧道絕緣層158、電荷俘獲層160和阻擋層162,在一些示例性實(shí)施例中,這與圖5H所示并參照其詳細(xì)描述的那些基本上相同。通過(guò)執(zhí)行所述步驟和工藝,可以在絕緣間層圖案107之間形成控制柵電極164。在一些示例性實(shí)施例中,每一個(gè)層面中的控制柵電極可以具有在第一方向上的線性形狀。在一些示例性實(shí)施例中,不同層面中的控制柵電極可以通過(guò)絕緣間層圖案107而彼此絕緣。接下來(lái),由第三開口暴露的襯底100的上部可以摻雜有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì),以形成雜質(zhì)區(qū)168,所述雜質(zhì)區(qū)168在一些示例性實(shí)施例中用作CSL。在一些示例性實(shí)施例中, 為了減小CSL的電阻,可以在雜質(zhì)區(qū)168上進(jìn)一步形成金屬硅化物圖案170。在一些示例性實(shí)施例中,可以在襯底100上形成絕緣層,以填充第三開口,然后可以平坦化該絕緣層直至暴露最上面絕緣間層圖案107d,以在第三開口中形成第二絕緣層圖案 166。參照?qǐng)D11F,可以在圖IlE中所示的結(jié)構(gòu)上形成掩模圖案,以在第二方向上延伸。 可以利用該掩模圖案作為蝕刻掩模來(lái)部分地去除初步半導(dǎo)體圖案150和第一初步絕緣層圖案152,以形成開口 172。據(jù)此,在一些示例性實(shí)施例中,可以將半導(dǎo)體圖案150a和第一絕緣層圖案15 形成為具有條形形狀,例如,長(zhǎng)方體形狀。參照?qǐng)D11G,可以形成第三絕緣層圖案,以填充開口 172。在一些示例性實(shí)施例中,可以在半導(dǎo)體圖案150a、第一、第二和第三絕緣層圖案 15加、166和174以及絕緣間層圖案107d上形成上絕緣間層176。在一些示例性實(shí)施例中, 可以形成通過(guò)上絕緣間層176的位線接觸178,以電連接至半導(dǎo)體圖案150a。在一些示例性實(shí)施例中,可以在上絕緣間層176上形成位線180,以與位線接觸178進(jìn)行接觸。如上所述,根據(jù)示例性實(shí)施例,減少了由于犧牲層104的應(yīng)力而在制造垂直半導(dǎo)體器件的過(guò)程中引起的缺陷。另外,絕緣間層106被形成為具有改善的表面輪廓,從而使垂直半導(dǎo)體器件具有高可靠性。圖12是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些示例性實(shí)施例的垂直半導(dǎo)體器件的示意性橫截面圖。除了隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層的形狀之外,圖12中的垂直半導(dǎo)體器件可以具有與圖1和圖2中所示并參照其詳細(xì)描述的結(jié)構(gòu)基本上相同的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D12,可以在襯底100上設(shè)置半導(dǎo)體圖案206,該半導(dǎo)體圖案206具有實(shí)心圓柱形狀,即,柱子形狀。半導(dǎo)體圖案206的頂表面可以具有圓形形狀。在一些示例性實(shí)施例中,可以將隧道絕緣層204形成為至少部分地圍繞半導(dǎo)體圖案206的外表面??梢栽谒淼澜^緣層204上形成電荷俘獲層202??梢詫⒔^緣間層圖案107設(shè)置為從電荷俘獲層202伸出或延伸。絕緣間層圖案 107可以在垂直堆疊的結(jié)構(gòu)的每個(gè)層面中在第一方向上延伸,并且在第三方向上彼此間隔開。可以由絕緣間層圖案107之間的空間來(lái)限定溝槽。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案107可以具有等于或大于絕緣間層的初始厚度的大約95%的厚度??梢栽谟蓽喜郾┞兜碾姾煞@層202以及絕緣間層圖案107上形成阻擋層214。可以在每一個(gè)層面中在阻擋層214上形成控制柵電極216以填充溝槽。在一些示例性實(shí)施例中,控制柵電極216可以具有在第一方向上延伸且至少部分地圍繞半導(dǎo)體圖案 206的線性形狀??梢栽诎刂茤烹姌O216和絕緣間層圖案107的多個(gè)相鄰的多堆疊結(jié)構(gòu)之間的間隙中設(shè)置第一絕緣層圖案224。在一些示例性實(shí)施例中,第一絕緣層圖案2M可以具有在第一方向上延伸的線性形狀。可以在第一絕緣層圖案2 下方的襯底100的上部處形成雜質(zhì)區(qū)220。在一些示例性實(shí)施例中,雜質(zhì)區(qū)220可以摻雜有例如η型雜質(zhì)。在一些示例性實(shí)施例中,可以在雜質(zhì)區(qū)220上進(jìn)一步形成金屬硅化物圖案222。圖13Α至13Ε是示出根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的、制造圖12的垂直半導(dǎo)體器件的方法的示意性橫截面圖。參照?qǐng)D13Α,在一些示例性實(shí)施例中,可以形成犧牲層104和絕緣間層106,然后可以通過(guò)與圖5Α和圖5Β中所示并參照其詳細(xì)描述的步驟和工藝基本上相同的工藝和步驟來(lái)形成第一開口 110。在一些示例性實(shí)施例中,可以用硼和氮來(lái)形成犧牲層104。可以在第一開口 110的側(cè)壁和底部上形成初步阻擋層。可以在該初步阻擋層上順次地形成初步電荷俘獲層和初步隧道絕緣層。可以選擇性地去除在第一開口 110的底部上形成的初步阻擋層、初步電荷俘獲層和初步隧道絕緣層,以形成在第一開口 110的側(cè)壁上順次形成的阻擋層200、電荷俘獲層202和隧道絕緣層204。通過(guò)第一開口 110可以暴露襯底100的頂表面。參照?qǐng)D13Β,在一些示例性實(shí)施例中,可以形成半導(dǎo)體圖案206,以填充第一開口 IlO0半導(dǎo)體圖案206可以形成為與隧道絕緣層204直接接觸。在一些示例性實(shí)施例中,可以形成多晶硅層,以完全填充第一開口 110??梢云教够摱嗑Ч鑼又敝帘┞蹲钌厦娼^緣間層圖案107d,以形成半導(dǎo)體圖案206。在一些示例性實(shí)施例中,可以在第一開口 110中形成多晶硅層或無(wú)定形硅層,然后可以通過(guò)例如熱處理或激光照射進(jìn)行相變而使該多晶硅層或無(wú)定形硅層轉(zhuǎn)變成單晶硅層??梢詫?duì)單晶硅層執(zhí)行平坦化工藝,以形成半導(dǎo)體圖案206。參照?qǐng)D13C,可以部分地蝕刻半導(dǎo)體圖案206之間的犧牲層104和絕緣間層106, 以形成第二開口 210。第二開口 210可以形成為在第一方向上延伸。通過(guò)形成第二開口 210,可以形成犧牲層圖案109和絕緣間層圖案107。可以去除由第二開口 210暴露的犧牲層圖案109,以形成溝槽212。在一些示例性實(shí)施例中,因?yàn)樽钃鯇?00在其沉積之后會(huì)具有缺陷,所以由溝槽212暴露的阻擋層200也可以與犧牲層圖案109 —起被去除。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)用例如硫酸或磷酸作為蝕刻溶液的濕法蝕刻工藝而選擇性地去除犧牲層圖案109和阻擋層200,從而絕緣間層圖案107可以被布置在半導(dǎo)體圖案206的側(cè)壁上并且彼此間隔開恒定距離。在一些示例性實(shí)施例中,在濕法蝕刻工藝期間可以僅輕微去除絕緣間層圖案107 的外邊緣,從而可以使彎曲區(qū)域相對(duì)小,并且絕緣間層圖案107的外邊緣可以具有幾乎直角。另外,絕緣間層圖案107即使在濕法蝕刻工藝之后也可以具有幾乎恒定的厚度。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣間層圖案107可以具有大于絕緣間層106的初始厚度的大約95% 的厚度。參照?qǐng)D13D,在一些示例性實(shí)施例中,可以在絕緣間層圖案107以及由溝槽暴露的電荷俘獲層202上形成阻擋層214。在一些示例性實(shí)施例中,可以利用例如硅氧化物或諸如鋁氧化物的金屬氧化物來(lái)形成阻擋層214。
20
在這樣的示例性實(shí)施例中,隧道絕緣層204和電荷俘獲層202可以形成為完全地圍繞半導(dǎo)體圖案206的外表面。然而,阻擋層214可以具有與隧道絕緣層204和電荷俘獲層202的形狀不同的形狀。具體而言,在溝槽212的內(nèi)表面上可以沒有形成隧道絕緣層201 和電荷俘獲層202。據(jù)此,溝槽212的寬度可以沒有由于隧道絕緣層201和電荷俘獲層202 而減小。結(jié)果是,可以在溝槽212中形成具有足夠厚度的控制柵電極216,從而可以減小控制柵電極216的電阻和半導(dǎo)體器件的整個(gè)高度。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)圖5G中所示并參照其詳細(xì)描述的步驟和工藝基本上相同的步驟和工藝而在阻擋層214上形成導(dǎo)電層,以充分填充溝槽212??梢匀コ龑?dǎo)電層的形成在第二開口 210中的部分。在一些示例性實(shí)施例中,也可以去除阻擋層214的形成在第二開口 210的底部上的部分,以形成暴露襯底100的第三開口 218。在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)濕法蝕刻工藝來(lái)選擇性地去除導(dǎo)電層和阻擋層 214。參照?qǐng)D13E,在一些示例性實(shí)施例中,由第三開口 218暴露的襯底100的上部可以摻雜有例如η型雜質(zhì)的雜質(zhì),以形成用作CSL線的雜質(zhì)區(qū)220。在一些示例性實(shí)施例中,絕緣層可以形成在襯底100上,以填充第三開口 218,然后可以對(duì)其進(jìn)行平坦化直至暴露最上面絕緣間層圖案107d,以形成第一絕緣層圖案224。 在一些示例性實(shí)施例中,可以通過(guò)圖51中示出并參照其詳細(xì)描述的工藝和步驟基本上相同的工藝和步驟來(lái)形成上絕緣間層226、位線接觸2 和位線230。在一些示例性實(shí)施例中, 位線230可以具有在第二方向上延伸的線性形狀,并且可以經(jīng)由位線接觸2 而電連接至半導(dǎo)體圖案206。濕法蝕刻速率的評(píng)估在襯底上形成BN層、SiN層和硅氧化物層。SiN層通過(guò)低壓力化學(xué)氣相沉積 (LPCVD)工藝來(lái)形成。針對(duì)不同的蝕刻溶液測(cè)量了層的蝕刻速率。結(jié)果示于圖14中。參照?qǐng)D14,當(dāng)使用磷酸作為蝕刻溶液時(shí),BN層相對(duì)于硅氧化物層具有比SiN層的蝕刻選擇性高的蝕刻選擇性。當(dāng)使用硫酸作為蝕刻溶液時(shí),BN層也相對(duì)于硅氧化物層具有高的蝕刻選擇性。當(dāng)使用具有的稀釋比為大約1 100的氫氟酸時(shí),硅氧化物層在三層之中具有最高的蝕刻速率。應(yīng)力的評(píng)估測(cè)量了下列示例和比較例中的層的應(yīng)力值,并且結(jié)果列于表1中。表 1
2權(quán)利要求
1.一種制造垂直半導(dǎo)體器件的方法,包括在襯底上形成多個(gè)犧牲層和多個(gè)絕緣間層,所述犧牲層包括硼(B)和氮(N)并且相對(duì)于所述絕緣間層具有蝕刻選擇性,所述多個(gè)犧牲層和所述多個(gè)絕緣間層重復(fù)且交替地堆疊在所述襯底上;在所述襯底上形成半導(dǎo)體圖案,所述半導(dǎo)體圖案被形成為通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層;部分地去除所述半導(dǎo)體圖案之間的所述犧牲層和所述絕緣間層,以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上形成犧牲層圖案和絕緣間層圖案;去除所述犧牲層圖案,以在所述絕緣間層圖案之間形成溝槽,所述溝槽暴露所述半導(dǎo)體圖案的部分側(cè)壁;以及在每個(gè)所述溝槽中形成柵結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述犧牲層包括選自下述組中的至少一種材料,所述組由BN、c-BN、SiBN, SiBCN、含氧的BN和含氧的SiBN組成。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,在Ar的氣氛下,使用BCl3和NH3作為源氣體來(lái)形成所述犧牲層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其中,通過(guò)調(diào)整所述源氣體中的BCl3的流動(dòng)速率來(lái)控制所述犧牲層的蝕刻速率。
5.如權(quán)利要求3所述的方法,其中,用于形成所述犧牲層的源氣體還包含硅源氣體。
6.如權(quán)利要求3所述的方法,其中,用于形成所述犧牲層的源氣體還包含碳或氧源氣體。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述絕緣間層包括選自下述組中的至少一種材料, 所述組由硅氧化物、SiOC和SiOF組成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,形成所述柵結(jié)構(gòu)的步驟包括在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁的暴露部分以及所述絕緣間層圖案的表面上,順次地形成隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層;在所述阻擋層上形成導(dǎo)電層,以填充所述溝槽;以及部分地去除所述導(dǎo)電層,以在所述溝槽中形成柵電極。
9.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,使用硫酸或磷酸來(lái)去除所述犧牲層圖案。
10.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,形成所述半導(dǎo)體圖案的步驟包括部分地去除所述犧牲層和所述絕緣間層,以形成通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層的開口,所述開口暴露所述襯底的頂表面;在所述襯底的暴露的頂表面上形成半導(dǎo)體層,以填充所述開口 ;以及通過(guò)平坦化所述半導(dǎo)體層的上部而在所述開口中形成半導(dǎo)體圖案。
11.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,形成所述半導(dǎo)體圖案的步驟包括部分地去除所述犧牲層和所述絕緣間層,以形成通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層的開口,所述開口暴露所述襯底的頂表面;在所述襯底的暴露的頂表面以及所述開口的側(cè)壁上形成半導(dǎo)體層; 在所述半導(dǎo)體層上形成填充層,以填充所述開口 ;以及通過(guò)平坦化所述填充層和所述半導(dǎo)體層的上部,來(lái)形成半導(dǎo)體圖案和填充層圖案。
12.一種垂直半導(dǎo)體器件,包括 襯底;半導(dǎo)體圖案,所述半導(dǎo)體圖案從所述襯底的頂表面伸出;在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上的多個(gè)絕緣間層圖案,所述絕緣間層圖案互相間隔開,以在所述絕緣間層圖案之間限定多個(gè)第一溝槽;以及柵結(jié)構(gòu),所述柵結(jié)構(gòu)在所述第一溝槽中的每個(gè)中,其中,所述第一溝槽的最大寬度和所述第一溝槽的最小寬度之間的差小于所述第一溝槽的最大寬度的大約10%。
13.如權(quán)利要求12所述的垂直半導(dǎo)體器件,其中,所述柵結(jié)構(gòu)包括柵電極,所述柵電極包括金屬。
14.如權(quán)利要求13所述的垂直半導(dǎo)體器件,其中所述柵結(jié)構(gòu)包括在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁和所述絕緣間層圖案的表面上順次堆疊的隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層;以及所述柵電極填充第二溝槽中的每一個(gè),由在形成所述隧道絕緣層、所述電荷俘獲層和所述阻擋層之后所述第一溝槽的剩余部分來(lái)限定所述第二溝槽。
15.如權(quán)利要求14所述的垂直半導(dǎo)體器件,其中,所述第二溝槽的最大寬度和所述第二溝槽的最小寬度之間的差小于所述第二溝槽的最大寬度的大約50%。
16.如權(quán)利要求12所述的垂直半導(dǎo)體器件,其中,所述絕緣層圖案包括選自下述組中的至少一種材料,所述組由硅氧化物、SiOC和SiOF組成。
17.—種制造垂直半導(dǎo)體器件的方法,包括在襯底上交替地堆疊多個(gè)犧牲層和多個(gè)絕緣間層,所述多個(gè)犧牲層包含硼(B)和氮 (N)并且相對(duì)于所述絕緣間層具有蝕刻選擇性,使用BCl3和NH3中的至少一種作為源氣體來(lái)形成所述多個(gè)犧牲層;在所述襯底上形成半導(dǎo)體圖案,所述半導(dǎo)體圖案被形成為通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層;至少部分地去除所述半導(dǎo)體圖案之間的所述犧牲層和所述絕緣間層,以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上形成犧牲層圖案和絕緣間層圖案;去除所述多個(gè)犧牲層圖案,以在所述絕緣間層圖案之間形成相應(yīng)的多個(gè)溝槽,所述多個(gè)溝槽暴露所述半導(dǎo)體圖案的部分側(cè)壁;以及在所述多個(gè)溝槽中分別形成多個(gè)柵結(jié)構(gòu),其中,形成所述多個(gè)柵結(jié)構(gòu)的步驟包括 在所述半導(dǎo)體圖案的所述側(cè)壁的暴露部分以及所述絕緣間層圖案的表面上,順次地形成隧道絕緣層、電荷俘獲層和阻擋層;在所述阻擋層上形成導(dǎo)電層,以填充所述溝槽;以及至少部分地去除所述導(dǎo)電層,以在所述溝槽中形成柵電極。
18.如權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述犧牲層被形成在包括Ar的氣氛中。
19.如權(quán)利要求17所述的方法,其中,所述犧牲層包括下述中的至少一種BN、c-BN、 SiBN, SiBCN、含氧的BN和含氧的SiBN。
20.如權(quán)利要求17所述的方法,進(jìn)一步包括調(diào)整所述源氣體中的BCl3的流動(dòng)速率,以控制所述多個(gè)犧牲層的蝕刻速率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直半導(dǎo)體器件及其制造方法。在垂直半導(dǎo)體器件以及制造垂直半導(dǎo)體器件的方法中,在襯底上重復(fù)且交替地堆疊犧牲層和絕緣間層。所述犧牲層包含硼(B)和氮(N)并且相對(duì)于所述絕緣間層具有蝕刻選擇性。半導(dǎo)體圖案被形成在所述襯底上、通過(guò)所述犧牲層和所述絕緣間層。在所述半導(dǎo)體圖案之間至少部分地去除犧牲層和絕緣間層,以在所述半導(dǎo)體圖案的側(cè)壁上形成犧牲層圖案和絕緣間層圖案。去除所述犧牲層圖案,以在所述絕緣間層圖案之間形成溝槽。所述溝槽暴露所述半導(dǎo)體圖案的部分側(cè)壁。在所述溝槽中的每個(gè)溝槽中形成柵結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L27/115GK102280412SQ20111016679
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者崔錘完, 李普英, 洪恩起, 金振均, 黃棋鉉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社
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